英特爾晶圓代工近日取得一項(xiàng)新的里程碑，成功打造出全球首款也是最薄的氮化鎵（GaN）芯片，厚度僅為19微米（μm）。

英特爾憑借其最新成果——全球最薄氮化鎵芯片，在緊湊的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了更高的功率、速度和效率。英特爾晶圓代工團(tuán)隊(duì)展示了這款采用300毫米氮化鎵硅基晶圓制造的、厚度僅為19微米的首款氮化鎵芯片，它將為下一代半導(dǎo)體技術(shù)提供指出。

研究人員已成功將GaN晶體管與傳統(tǒng)的硅基數(shù)字電路集成到單個(gè)芯片上，從而無(wú)需單獨(dú)的配套芯片，即可將復(fù)雜的計(jì)算功能直接構(gòu)建到功率芯片中。

嚴(yán)格測(cè)試證實(shí)，這項(xiàng)新型GaN芯片技術(shù)極具潛力，能夠滿足實(shí)際部署所需的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，從而為從數(shù)據(jù)中心到下一代5G和6G通信等應(yīng)用帶來(lái)更小巧、更高效的電子設(shè)備。

該技術(shù)在IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）2025上發(fā)布，旨在解決現(xiàn)代計(jì)算領(lǐng)域最緊迫的挑戰(zhàn)之一：如何在日益緊湊的空間內(nèi)提供更強(qiáng)大的性能、更快的速度和更高的效率。為了滿足圖形處理器、服務(wù)器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)更高性能的需求，英特爾晶圓代工團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種超薄氮化鎵芯片——其基底硅的厚度僅為19微米，約為人類(lèi)頭發(fā)絲寬度的五分之一——以及業(yè)界首個(gè)完全單片集成的芯片上數(shù)字控制電路，所有這些都采用單一的集成制造工藝完成。

這項(xiàng)創(chuàng)新源于現(xiàn)代電子領(lǐng)域的一個(gè)根本性難題：如何在更小的空間內(nèi)集成更強(qiáng)大的功能，同時(shí)還要處理更高的功率負(fù)載和更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。傳統(tǒng)的硅基技術(shù)正接近其物理極限，業(yè)界一直在尋求氮化鎵等替代材料來(lái)彌補(bǔ)這一差距。英特爾晶圓代工將超薄GaN芯片與片上數(shù)字控制電路相結(jié)合，無(wú)需單獨(dú)的配套芯片，并減少了組件間信號(hào)傳輸過(guò)程中的能量損耗。全面的可靠性測(cè)試進(jìn)一步證明，該平臺(tái)有望成為實(shí)際產(chǎn)品的候選方案。

這項(xiàng)技術(shù)為多個(gè)行業(yè)的切實(shí)改進(jìn)打開(kāi)了大門(mén)。在數(shù)據(jù)中心，GaN芯片的開(kāi)關(guān)速度更快，能耗更低。這將使電壓調(diào)節(jié)器能夠做得更小、更高效，并更靠近處理器，從而減少長(zhǎng)距離電源傳輸路徑上的電阻損耗；在無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，GaN晶體管的高頻性能使其成為射頻（RF）前端技術(shù)的理想選擇，例如未來(lái)十年正在開(kāi)發(fā)的5G和6G系統(tǒng)中使用的基站。GaN能夠在超過(guò)200GHz的頻率下高效運(yùn)行，這使其非常適合下一代網(wǎng)絡(luò)所依賴的厘米波和毫米波頻段。除了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之外，GaN的這些特性也適用于雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信以及需要快速電開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)制光信號(hào)的光子應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的基于CMOS的硅芯片相比，GaN芯片具有硅芯片在其物理極限下無(wú)法比擬的諸多優(yōu)勢(shì)。GaN能夠提供更高的功率密度，從而在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的系統(tǒng)——這對(duì)于空間受限的應(yīng)用至關(guān)重要，例如數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車(chē)（本質(zhì)上是移動(dòng)數(shù)據(jù)中心）和無(wú)線基站的負(fù)載點(diǎn)供電。硅芯片在結(jié)溫高于約150°C時(shí)會(huì)變得不穩(wěn)定，這限制了其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。

GaN的更寬帶隙特性使其能夠在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的功率損耗，并實(shí)現(xiàn)更高效的散熱管理，進(jìn)而減小冷卻系統(tǒng)的尺寸和成本。此外，英特爾晶圓代工采用標(biāo)準(zhǔn)的300毫米硅晶圓進(jìn)行氮化鎵（GaN）生產(chǎn)，與現(xiàn)有的硅基制造基礎(chǔ)設(shè)施兼容，有望減少對(duì)重大新投資的需求。（校對(duì)/趙月）